Potentialities of diffusion weighted MRI in the assessment of the degree of adjacent intervertebral disc degeneration: rigid lumbosacral stabilization and total intervertebral disc arthroplasty

Full Text

Введение. На сегодняшний день операция по- ясничной ригидной стабилизации, или спондилоде- за, является наиболее распространенным методом хирургического лечения пациентов с дегенератив- ным заболеванием межпозвонковых дисков (МПД) пояснично-крестцового отдела позвоночника [1, 2]. Данный вид оперативного вмешательства позволя- ет устранить патологическую подвижность и неста- бильность пораженных позвоночно-двигательных сегментов. Несмотря на большое количество иссле- дований, подтверждающих высокую клиническую эффективность поясничной ригидной стабилиза- ции, подобные операции не во всех случаях позво- ляют добиться удовлетворительных результатов у пациентов с дегенерацией поясничных МПД [3, 4]. Пожалуй, одной из основных причин неудовлетво- рительных исходов служит дегенерация смежных МПД [5-7]. В клинических исследованиях нагляд- но продемонстрировано, что выполнение операции поясничного спондилодеза по поводу дегенератив- ного заболевания МПД зачастую приводит к деге- нерации смежных с оперированным уровнем МПД, обусловленной нарушением нормальной биомеха- ники позвоночно-двигательных сегментов [8-10]. Сохранить нормальную биомеханику сегментов позвоночника и отсрочить процесс дегенерации смежного МПД позволила методика тотальной ар- тропластики МПД. Тотальная артропластика МПД - это современный альтернативный способ хирур- гического лечения дегенеративного заболевания МПД, целью которого является восстановление и поддержание физиологического объема движений позвоночно-двигательного сегмента [11]. К настоящему моменту известно несколько со- общений, посвященных изучению состояния смеж- ных МПД после выполнения операции ригидной пояснично-крестцовой стабилизации и тотальной артропластики МПД. Большинство этих исследо- ваний основано на сравнении скорости наступления дегенерации смежных МПД путем сопоставления клинических (выраженность болевого синдрома в нижней части спины и качество жизни пациентов) и инструментальных (интенсивность сигнала от МПД на МР-томограммах, индекс высоты МПД и состояние костной ткани прилежащих тел позвон- ков) данных [3, 7, 17]. Однако при поиске источни- ков литературы в базах данных PubMed, Medline и ELibrary по указанной тематике нами не обнару- жено работ, посвященных оценке состояния смеж- ных МПД после выполнения операции тотальной артропластики и ригидной пояснично-крестцовой стабилизации с использованием методики диффу- зионно-взвешенной МРТ (ДВ МРТ). С помощью ДВ МРТ можно анализировать структуру МПД, мониторируя движение сво- бодных молекул воды на клеточном уровне. При этом степень диффузии свободных молекул воды можно оценить с помощью количественной ха- рактеристики в виде измеряемого коэффициен- та диффузии (ИКД). Множество значений ИКД для данной ткани организма представляет собой функциональную карту диффузионно-взвешен- ных изображений (ДВИ) [12]. Ранее с помощью ги- стологического и иммуногистохимического иссле- дований нами доказана высокая чувствительность и специфичность методики ДВ МРТ в диагностике ранних стадий дегенеративного заболевания по- ясничных МПД [13]. Цель исследования: оценить состояние смеж- ных МПД после выполнения одноуровневой по- яснично-крестцовой ригидной стабилизации и то- тальной артропластики путем вычисления индекса высоты МПД и значений ИКД. ПаЦиенТЫ и МеТодЫ Дизайн исследования: одноцентровое ретро- спективное когортное исследование. Критерии соответствия. В исследование вклю- чены пациенты, которым выполнена ригидная по- яснично-крестцовая стабилизация или тотальная артропластика МПД на уровне L5-S1 в связи с его дегенеративными изменениями. Выбор вида опе- ративного вмешательства определялся строгими индивидуальными показаниями (степень дегенера- ции поясничного МПД, наличие стеноза позвоноч- ного канала и его тип, индекс высоты пораженного МПД, а также состояние смежного МПД). Критерии исключения: возраст старше 55 лет, наличие оперативных вмешательств на позвоночнике в анамнезе, многоуровневое дегенеративное забо- левание поясничных МПД, остеопороз, наличие ак- тивного инфекционного процесса и перенесенные травмы позвоночника. Условия проведения и продолжительность. Исследование выполнено на базе Центра нейрохирур- гии НУЗ «Дорожная клиническая больницы на ст. Иркутск-Пассажирский» ОАО «РЖД-Медицина» в период с апреля 2015 г. по август 2017 г. Описание медицинского вмешательства. Все пациенты прооперированы одной специализиро- ванной нейрохирургической бригадой. Тотальная артропластика поясничного МПД осуществлялась из переднего ретроперитонеального доступа с ис- пользованием минимально-инвазивного ретрак- тора Synframe («Depuy Synthes», Швейцария) и интраоперационного нейромониторинга Isis Iom («Inomed», Германия). При выполнении дорсаль- ной ригидной пояснично-крестцовой стабилиза- ции также применялись минимально инвазивные ретракторы и транскутанные винтовые системы различных фирм-производителей. Установка винтовой системы осуществлялась симультанно. Во всех случаях положение имплантатов контро- лировали с помощью интраоперационной флюо- роскопии (табл. 1). МР-томограммы в режиме ДВИ (рис. 1, а) для всех пациентов получены на аппарате МРТ «Siemens Magnetom Essenza 1,5 Т» (Германия). Исследования проведены при следующих параме- трах опций ДВ МРТ с SE-эхопланарным изобра- жением (EPI): матрица 160×128, TR-7500, TE-83, NEX-6, толщина среза 4 мм, FOV 30×30; значения связано с движением пациентов ввиду наличия выраженного болевого синдрома в нижней части спины. Во всех случаях после частичного купи- рования болевого синдрома медикаментозными и парахирургическими методами удалось получить МР-томограммы пояснично-крестцового отдела позвоночника. Подсчет ИКД и высоты смежного МПД (L4-L5) осуществляли с помощью програм- мы «RadiAnt DICOM Viewer». Значения высоты смежного МПД рассчитывали на сагиттальных МР-томограммах по оригинальной методике K. Kim и соавт. [14] (рис. 1, б). Показатели ИКД и высоты смежного МПД оценивали до операции, при выписке и во время контрольных обследо- ваний, рекомендованных через 6, 12, 24 и 36 мес после оперативного вмешательства. Этическая экспертиза. Исследование одобрено этическим комитетом ФГБОУ ВО «Иркутский го- сударственный медицинский университет». Работа проводилась в соответствии с принципами надле- жащей клинической практики и Хельсинкской де- кларации [15]. Перед началом исследования паци- енты предоставили письменное информированное согласие. Статистическая обработка данных выполнена с помощью программного обеспечения Microsoft Excel 2010. Полученные данные представлены в виде M±SD (M - среднее значение, SD - стан- дартное отклонение) и сравнены с помощью t-теста для двух независимых групп. Для сравнения пока- зателей в исследуемых группах при динамическом наблюдении использован парный t-тест. Порог зна- чимости p выбран равным 0,05. b фактора 400 и 800 с/мм2. Время сканирования в среднем составило 6 мин 30 с. У 9 пациентов до вы- полнения операции получены МР-томограммы в стандартных режимах и ДВИ с артефактами, что реЗУЛЬТаТЫ В исследование включено 117 пациентов (64 женщины и 53 мужчины). Группы ригидной пояснично-крестцовой стабилизации и тотальной артропластики МПД не имели статистически зна- чимых различий по основным признакам: возрасту, полу, индексу массы тела, а также длительности послеоперационного наблюдения (табл. 2). Полученные значения индекса высоты и ИКД МПД сравнивались внутри каждой группы и меж- ду исследуемыми группами пациентов (табл. 3, 4). Так, при сравнении значений индекса высоты смежного МПД внутри групп выявлено статисти- чески значимое различие с 24 и более месяцев на- блюдения (р<0,05). Сравнение индексов высоты смежного МПД между исследуемыми группами также показало наличие различий с 12-го меся- ца наблюдения (рис. 2, а; р<0,05). Значения ИКД смежного МПД внутри групп стали статистиче- ски значимо различаться, начиная с 12-го месяца (p<0,05), между группами - по прошествии 6 мес наблюдения (рис. 2, б; р<0,05). оБСУждение По данным различных авторов, встречаемость дегенерации смежного МПД после операции по- ясничного/пояснично-крестцового спондилодеза при сроке наблюдения не менее 10 лет составляет 10-36,1% [16, 17]. При аналогичном периоде наблю- дения частота развития дегенерации смежного сег- мента после тотальной артропластики поясничных МПД варьирует от 5,7 до 14,4% [18, 19]. Эти данные позволяют нам предположить, что в отдаленном периоде послеоперационного наблюдения (не менее 5-10 лет) встречаемость дегенеративного заболе- вания смежных МПД после выполнения тотальной артропластики и спондилодеза практически сопо- ставима. Как известно, дегенеративное заболевание МПД - это мультифакториальный процесс, в который одновременно вовлечены генетические, биомеха- нические, клеточные и молекулярные механизмы. И утверждение о том, что дегенерация смежных МПД обусловлена лишь механическими фактора- ми, является, по меньшей мере, некорректным. На сегодняшний день ожирение является до- казанным фактором риска развития дегенерации поясничных МПД [20]. Это утверждение в полной мере справедливо и в отношении дегенератив- ного поражения смежных МПД после выполне- ния ригидной поясничной/пояснично-крестцовой стабилизации, которое, согласно данным H. Wang и соавт. [21], чаще встречалось у пациентов со значениями индекса массы тела более 25 кг/м2. Другим, не менее важным фактором риска раз- вития дегенерации смежных МПД, является на- личие признаков его дегенеративного поражения в предоперационном периоде [22]. Молекулярно- генетические факторы также вносят весомый вклад в развитие дегенерации МПД, однако боль- шая часть результатов исследований, посвящен- ных данной проблеме, основана на эксперимен- тальных данных и по-прежнему остается одним из основных предметов поиска фундаментальных наук [23]. Отдельно стоит упомянуть о влиянии биомеханического фактора на развитие дегенера- ции смежных МПД. Дегенерация смежных МПД после выполнения ригидной стабилизации обу- словлена нарушением нормальной биомеханики позвоночно-двигательных сегментов, увеличени- ем нагрузки на близлежащие МПД и дугоотрост- чатые суставы [24, 25]. Так, в клинической серии P. Guigui и соавт. [26] отмечено, что скорость де- генерации поясничных МПД смежных с уровнем спондилодеза достоверно выше. Кроме того, не- которые экспериментальные биомеханические исследования также подтверждают развитие де- генерации смежных МПД после выполнения опе- рации ригидной поясничной/пояснично-крестцо- вой стабилизации [27, 28]. В других исследованиях данная операция не привела к регрессу болевого синдрома и неврологической симптоматики, не- смотря на успешно выполненное оперативное вме- шательство [29, 30]. В конечном итоге авторы ис- следования пришли к общему заключению, что операция поясничного/пояснично-крестцового спондилодеза в большинстве случаев приводит к развитию дегенеративного заболевания смежных МПД при периоде послеоперационного наблюде- ния не менее 5-10 лет. Дегенерация смежных МПД после выполнения тотальной артропластики, как правило, развива- ется в отдаленном периоде послеоперационного наблюдения. В доступной нам отечественной и за- рубежной литературе мы не обнаружили сообще- ний, посвященных изучению причин дегенерации смежных МПД после подобных вмешательств. Тем не менее большинство авторов сходится во мнении, что пусковым механизмом в развитии данного заболевания является гетеротопическая оссификация, т.е. формирование неполноценной костной ткани в атипичных местах организма [31]. В результате появления очагов костных гетерото- пий с течением времени протезированный позво- ночно-двигательный сегмент «замыкается», и в таком состоянии протез уже не может выполнять свою основную функцию - обеспечивать нор- мальную амплитуду движений в оперированном сегменте. В итоге замкнутый сегмент изменяет биомеханику всего отдела позвоночника и стано- вится причиной увеличения нагрузки на смежные сегменты и развития дегенерации МПД [31-34]. Безусловно, не стоит забывать и о других факто- рах риска развития дегенерации, которые также вносят свой вклад в развитие данного патологиче- ского состояния. Принято считать, что дегидратация пульпозно- го ядра МПД - это один из ранних МР-признаков дегенеративного заболевания МПД, что находит свое отражение в виде гипоинтенсивного сигнала на Т2-взвешенных изображениях [35]. Однако не во всех случаях интенсивность сигнала, получа- емая от МПД на Т2-взвешенных изображениях, позволяет судить о сохранности его структуры. По этой причине нами разработана и обоснована методика диагностики ранних стадий дегенера- ции МПД с использованием ДВ МРТ [12, 13]. В ка- честве дополнительного критерия оценки состо- яния смежного МПД в настоящем исследовании использован индекс высоты МПД. Среди работ, посвященных изучению дегенерации смежно- го МПД после ригидной поясничной/пояснично- крестцовой стабилизации и протезирования МПД, особого внимания заслуживает исследование Z. Li и соавт. [36]. Авторы доказали, что при дли- тельности наблюдения за пациентами не менее 24 мес индекс высоты смежного МПД статистичес- ки значимо выше в группе тотальной артропласти- ки МПД. При сравнении данного параметра спустя 6 и 12 мес после операции достоверных различий не отмечено. Работ, посвященных изучению состо- яния смежных МПД после выполнения операции поясничного/пояснично-крестцового спондило- деза и тотальной артропластики МПД, нами не обнаружено. Тем не менее стоит отметить работу D. Noriega и соавт. [37], целью которой было из- учить состояние смежных МПД при тораколюм- бальной травме позвоночника. Исследователи по- казали, что в отдаленном периоде перенесенной травмы позвоночника методика ДВ МРТ с под- счетом значений ИКД характеризуется высокой чувствительностью и специфичностью в ранней диагностике дегенерации смежных МПД. К настоящему моменту доказано, что протека- ющие в МПД патофизиологические процессы и из- менения его микроструктуры находят свое косвен- ное отражение в получаемых значениях ИКД. Так, в исследовании M. Giers и соавт. [38] доказано, что значения ИКД крайне чувствительны к изменению нутритивного транспорта в МПД. Более того, из- менения ИКД тесно связаны с деградацией компо- нентов внеклеточного матрикса пульпозного ядра и фиброзного кольца, что подтверждается данными иммуногистохимического анализа трупных МПД человека [13, 39]. Учитывая вышеизложенное, при- менение ДВ МРТ в подсчетом ИКД в диагностике ранних стадий дегенерации смежных МПД пред- ставляется нам доступным и весьма перспектив- ным методом инструментальной диагностики. Ограничения исследования. Безусловно, настоящее исследование имеет ряд недостатков: 1) в иссле- дование включено небольшое количество респон- дентов, что не могло не отразиться на результатах статистического анализа; 2) было изучено состоя- ние смежных МПД лишь на одном уровне (L4-L5); 4) небольшой период наблюдения за пациентами (36 мес); 5) при оценке степени дегенерации смеж- ных МПД не использовались другие методы диагно- стики (шкала C. Pfirmann и соавт. [35], гистологи- ческое, иммуногистохимическое и биохимическое исследования), что также могло повлиять на полу- ченные результаты. Заключение. Проведенное исследование пока- зало, что ДВ МРТ с подсчетом ИКД представляет собой современный неинвазивный метод диагно- стики ранних стадий дегенерации смежных МПД. Основываясь на полученных нами данных, мож- но говорить о том, что тотальная артропластика МПД, в отличие от пояснично-крестцовой ригид- ной стабилизации, позволяет несколько отсрочить дегенерацию смежных с оперированным уровнем сегментов. Однако для более объективной оценки эффективности применения методики ДВ МРТ в диагностике дегенеративного заболевания смеж- ного МПД необходимо проведение крупных много- центровых исследований на большем количестве пациентов с использованием нескольких методов диагностики данного патологического состояния и сопоставлением полученных результатов.

About the authors

Vadim A. Byval’tsev

Irkutsk Scientific Center of Surgery and Traumatology

Email: byval75vadim@yandex.ru
Dr. med. sci., Head of scientific-clinical department of neurosurgery and orthopaedics of ISCST; Head of Chair of neurosurgery of ISMU; Prof., ISMAPE Chair of traumatology, orthopaedics and neurosurgery. http://orcid.org/0000-0003-4349-7101, SPIN-код: 5996-6477. Irkutsk, Russia

I. A Stepanov

Irkutsk State Medical university

Irkutsk, Russia

Yu. Ya Pestryakov

Irkutsk State Medical university

Irkutsk, Russia

References

Supplementary files